Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований 6
1.1. Значение и роль кальция в питании человека 6
1.2. Особенности технологии белковых продуктов 19
1.3. Использование пропионовокислых бактерий при производстве молочных продуктов 29
Глава 2. Организация и проведение экспериментов. Материалы и методы исследований 42
2.1. Постановка эксперимента 42
2.2. Методы исследований 44
2.3. Математическая обработка результатов 53
Глава 3. Выбор и обоснование технологических режимов ферментации и обезвоживания белкового сгустка 56
3.1. Выбор дозы вносимой закваски 56
3.2. Выбор условий ферментации белкового сгустка 63
3.3. Определение режимов обезвоживания белкового сгустка 69
3.4. Исследование витаминообразующей способности пропионовокислых бактерий в сгустке 74
3.5. Исследование протеолитической активности пропионовокислых бактерий в процессе ферментации 77
Глава 4. Разработка технологии производства творога, обогащенного пропионовокислыми бактериями 80
4.1. Технологическая схема производства творога 80
4.2. Определение предельных сроков хранения готового продукта 83
Глава 5. Исследование биологической ценности творога, обогащенного пропионовокислыми бактериями 86
5.1. Исследование аминокислотного состава творога 86
5.2. Исследование жирнокислотного состава творога, ферментированного пропионовокислыми бактериями 89
5.3. Исследования атакуемости белков творога, обогащенного пропионовокислыми бактериями, пищеварительными протеиназами 91
5.4. Исследования доступного лизина 94
Глава 6. Маркетинговые исследования белкового продукта, реализуемого на рынке г.Читы 97
6.1. Изучение спроса на творог реализуемый на рынке г.Читы 97
6.2. Изучение конкурентоспособности творога, реализуемого на рынке г. Читы 104
Выводы 111
Библиография 112
Приложения 125
- Особенности технологии белковых продуктов
- Определение режимов обезвоживания белкового сгустка
- Исследования доступного лизина
- Изучение конкурентоспособности творога, реализуемого на рынке г. Читы
Введение к работе
Актуальность работы. Среди кисломолочных продуктов, содержащих значительное количество полноценных белков и жиров, творог занимает ведущее место благодаря высокой пищевой и биологической ценности. Наличие серосодержащих аминокислот позволяет использовать его в профилактике многих заболеваний. Особое значение имеют соли кальция и фосфора, которые в твороге находятся в хорошо усвояемой форме.
Известно о благоприятном влиянии на метаболизм кальция микроорганизмов, вносимых с закваской. Сведения о развитии пропионово-кислых бактерий в белковом сгустке, полученном термокальциевым способом, в литературных данных отсутствуют.
В связи с этим большой интерес представляет проблема использования пропионовокислых бактерий при изготовлении кисломолочных продуктов, в частности творога. Пропионовокислые бактерии обладают уникальными иммуностимулирующими и антимутагенными свойствами, способны приживаться в желудочно-кишечном тракте человека и снижать геннотоксическое действие ряда химических соединений и УФ-лучей. Положительная роль пропионовокислых бактерий как пробиоти-ков обусловлена их способностью образовывать пропионовую кислоту и ряд ферментов, синтезом большого количества витамина В12 , который способствует повышению иммунного статуса организма за счет активации белкового, углеводного и жирового обмена.
В последние годы во всем мире наблюдается устойчивая тенденция увеличения объемов производства и потребления пробиотических продуктов питания, поэтому актуальным является разработка технологии получения термокальциевым способом, творога ферментированного пропионовокислыми бактериями.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является разработка технологии творога с использованием пропионовокислых бактерий.
Для достижения указанной цели были определены следующие задачи исследований:
выбрать технологические режимы ферментации белковой массы закваской пропионовокислых бактерий;
изучить режимы обезвоживания белкового сгустка;
исследовать синтез витамина В)2 в процессе ферментации;
разработать технологию производства творога, обогащенного пропионовокислыми бактериями;
изучить биологическую ценность продукта;
исследовать сроки хранения;
провести опытно-промышленную проверку технологии творога.
Научная новизна работы. Подобраны оптимальные условия биотрансформации белкового сгустка, полученного методом термокальциевой коагуляции, закваской пропионовокислых бактерий. Выявлено, что пропионовокислые бактерии активно ферментируют белковую массу, а основными факторами, влияющими на процесс ферментации термокальциевого сгустка, являются температура, доза вносимой закваски и количество удаляемой сыворотки. Установлено, что в процессе ферментации синтезируется большое количество витамина В12. Биотрансформация белкового сгустка повышает атакуемость белков пищеварительными протеиназами и количество доступного лизина.
Практическая значимость. Разработана научно обоснованная технология производства творога, обогащенного пропионовокислыми бактериями. Проведена опытно-промышленная проверка технологии, которая показала, что результаты экспериментального исследования стабильно воспроизводятся в условиях производства. Дегустация творога позволила установить соответствие продукта предъявляемым требованиям. Разработана нормативно-техническая документация на производство опытной партии творога.
Практическая значимость работы подтверждена актами опытно-промышленной проверки разработанной технологии.
Апробация работы. Результаты работы были доложены и обсуждены на научных конференциях ВСГТУ (Улан-Удэ, 2000-2002гг), на Международной научно-практической конференции «Пища. Экология. Человек» (Москва, 2001), на Международной научно-практической конференции «Технические науки, технологии и экономика» (Чита,2001), на научно-практической конференции «Товароведение в XXI веке» (Новосибирск, 2002).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, методической части, результатов эксперимента и их анализа, выводов, библиографии и приложений.
Особенности технологии белковых продуктов
При производстве белковых продуктов особое значение отводится повышению биологической ценности и соблюдению санитарно-гигиенических норм.
В настоящее время существуют различные способы коагуляции белков молока, лежащие в основе технологических процессов производства белковых молочных продуктов.
Известны следующие способы коагуляции: кислотный - изменение величины рН путем подкисления молока, сычужный - действие протеолитических ферментов и высокотемпературные: термокальциевый и термокислотный способы - нагревание молока при добавлении хлористого кальция или подкисле-ние. Первые два способа являются традиционными в молочной промышленности и используются при выработке творога и творожных изделий, третий - нетрадиционный способ, применяется чаще всего, при выработке различных видов молочных белков, при одновременном выделении казеина и сывороточных белков [29,77, 46,128].
Наиболее распространенным способом получения белковых продуктов можно назвать кислотный. Свертывание белков молока в этом случае осуществляется под действием молочной кислоты, которая образуется в результате молочнокислого брожения при участии лактозы. Сущность кислотной коагуляции казеина заключается в потере заряда его частиц при одновременном отщеплении ионов кальция. Изоэлектрическая точка казеина находится в пределах рН (4,6-4,7), при этом он электронейтрален, его растворимость и набухание минимальны. Казеин с небольшим количеством кальция переходит в осадок. Сывороточные белки остаются в этих условиях растворимыми. Таким образом, при кислотной коагуляции происходит выделение только казеина, сывороточные белки в силу своих гидратационных свойств остаются в сыворотке.
Механизм сычужного свертывания молока теоретически окончательно не установлен. Существуют различные теории, обуславливающие сычужную коагуляцию [29,92].
Одна из теорий - фосфоамидазная, разработана П.Ф. Дьяченко. Согласно этой теории сычужный фермент, разрывая фосфоамидазную связь в молекуле казеина, освобождает в образовавшемся параказеине ОН-группы фосфорной кислоты, которые связывают ионы кальция. Образование «кальциевых мостиков» между молекулами параказеина приводит к коагуляции белка.
Теорию П.Ф. Дьяченко подтверждает Хальбер и другие ученые.Ими обнаружена фосфоамидазная активность у кристаллического сычужного фермента и пепсина. Однако, эта теория рассматривает механизм коагуляции с точки зрения первичной структуры и совершенно не учитывает третичную и четвертичную структуры мицелл казеина, в частности роль % - казеина в стабилизации мицелл казеина.
Большое распространение в последние годы получила теория протеоли-тического действия сычужного фермента (гидролитическая теория) [30, 129].
Исследователи, занимающиеся этим вопросом, считают, что первая ферментативная стадия, являющаяся химическим процессом протеолитического типа, сопровождается изменением заряда мицеллы. На ферментативной стадии под действием сычужного фермента происходит отщепление гликомакропеп-тида от мицеллы % - казеина, имеющей высокий отрицательный заряд. Отщепление гликомакропептида вызывает изменения структуры мицеллы, что приводит к нарушению электростатических взаимодействий в мицелле с освобождением фосфосериновых и гуанидиновых групп аргинина. На коагуляционной стадии гидроксильные фосфосериновые группы вступают во взаимодействие с ионами кальция и коллоидным фосфатом кальция с образованием сгустка.
Ничман, Дарлинг и другие ученые, регистрируя сычужное свертывание доказали, что гидролиз % - казеина начинается с момента внесения сычужного фермента в молоко, а первые хлопья казеина появляются через определенный промежуток времени, который был назван лаг - периодом.
Однако, Б.А. Сурков, И.И. Климовский, В.А. Краюшкин объясняют существование лаг-периода тем, что в начале расщепление % - казеина в мицелле должно достигнуть критического уровня, обеспечивающего корпоротивное изменение структуры и свойства мицелл, после этого начинается коагуляция казеина.
По мнению Фокс. Р. стадия коагуляции наступает лишь тогда, когда примерно 85% всего х_казеина будет гидролизовано, а дзета - потенциал уменьшится вдвое, при этом в гелеобразование вступят те мицеллы, у которых подверглось гидролизу 97% х - казеина.
Для производства белковых молочных продуктов, например творога и сыров, чаще всего применяют комбинированный способ коагуляции белков молока: сычужно - кислотный. Формирование сгустка в этом случае проводится комбинированным воздействием сычужного фермента и молочной кислоты. Однако, применение всех вышеперечисленных способов коагуляции белков молока (кислотный, сычужный, сычужно-кислотный) не позволяет использовать сывороточные белки, так как при этих способах коагуляции выделяется только казеин, а водорастворимые белки- Р - лактоглобулин, а - лакталь-бумины и другие белки удаляются с сывороткой. Но известно, что на высокое качество белковых молочных продуктов влияет использование всех белковых компонентов молока. Поэтому наиболее рациональным с физиологической точки зрения является комплексное использование казеинаткальцийфосфатного комплекса и сывороточных белков при их совместной коагуляции.
Одним из способов комплексной коагуляции белков молока является метод термокальциевой коагуляции, основанный на совместном осаждении белков казеина и сыворотки при одновременном воздействии на молоко температуры и хлористого кальция [12,19,25]. Этот метод разработан и теоретически обоснован проф. П.Ф. Дьяченко.
Сущность его заключается в том, что частицы казеина, а также сывороточные белки и большая часть фосфатов кальция, находятся в коллоидно -дисперсном состоянии.
Казеин находится в молоке в устойчивом состоянии как в форме мономеров (растворимый казеин), так и полимеров (субмицеллярный и мицеллярный казеин). Стабильному состоянию казеина способствует электрический заряд на поверхности глобул и равновесное состояние присутствующих в плазме молока различных ионов. Мицелла нативного казеина несет в себе отрицательный заряд. Грин, Киршмайер и другие установили, что дзета - потенциал такой мицеллы составляет 10-50 мв. Преобладание электростатической силы отталкивания над молекулярными силами притяжения обуславливает наличие энергетического барьера, который не может быть преодолен в результате теплового движения мицелл, что и обуславливает их устойчивость [69]. Нарушение этого равновесия неизбежно приводит к коагуляции казеина.
Благодаря тому, что нативный казеин имеет свободные группы фосфорной кислоты, при избыточном количестве ионов кальция происходит их взаимодействие с ОН-группами фосфорной кислоты, входящей в молекулу казеина. По мере вступления остатков фосфорной кислоты в химическое взаимодействие с кальцием, отрицательный заряд частиц снижается и наступает равновесие положительных и отрицательных зарядов, т.е. наступает изоэлектрическое состояние глобул, при котором достигается максимальная устойчивость частиц белка, а образование «кальциевых мостиков» ускоряет этот процесс.
Повышение температуры усиливает необратимый процесс осаждения казеина. Коагуляцию белков ионами кальция обычно осуществляют при нагревании молока до (90 -95) С. При этом, если для кислотной коагуляции казеина в результате развития микроорганизмов затрачивается несколько часов, то кальциевая коагуляция наступает почти мгновенно [29].
Известно, что 95% казеина существует в виде крупных коллоидных частиц или мицелл, с молекулярным весом 10 мкг и средним диаметром 100 нм [118,119]. Мицеллы построены из казеиновых комплексов, объединенных с помощью кальция и фосфата кальция.
Казеинатфосфатный комплекс состоит из фракций, различающихся аминокислотным составом, содержанием остатков фосфорной кислоты, реагированием на ионы кальция.
Определение режимов обезвоживания белкового сгустка
Большое значение для получения готового продукта со стандартными показателями влажности имеет процесс самопрессования. В связи, с этим, в дальнейших исследованиях изучали режимы самопрессования. При самопрессовании большое влияние на характеристики полученного сгустка оказывает температура и продолжительность данного процесса.
С целью изучения режимов обезвоживания ферментированный сгусток разливали в лавсановые мешки и проводили процесс самопрессования при двух температурных режимах: (6+1 )С и (20±2)С, до получения продукта со стандартной влажностью (70±2)%. Результаты исследований представлены на рис. З.З.1.; 3.3.2.; 3.3.3.
Полученные результаты показали, что в обоих вариантах идет равномерное изменение влажности сгустка. Так, через 1 час при температуре самопрессования (6±1)С влажность сгустка составила 78%, а спустя 1,5 часа от начала процесса - 75%. Показатели влажности сгустка при температуре самопрессования (20±2)С незначительно выше: через 1 час самопрессования - 76%, через 1,5 часа-70%.
Однако температура самопрессования оказывает влияние на характеристику конечного продукта. Самопрессование белкового сгустка при температуре (20+2)С приводит к более интенсивному кислотообразованию, так, через 1 час кислотность достигает 78Т, а при температуре (6+2)С 76Т. Данные рис. 3.3.2. и 3.3.3. показывают, что количество жизнеспособных клеток при температуре (6±2)С составило 107 к.о.е., а при (20±2)С - 109 к.о.е. в 1 см3.
Большое значение при производстве творога имеют показатели безопасности. В процессе изучения самопрессования было исследовано наличие БГКП.
В результате проведенных исследований бактерии группы кишечной палочки в 0,1 г продукта не обнаружены.
Таким образом, экспериментальные данные свидетельствуют, что независимо от температуры процесс самопрессования творожного сгустка, обогащенного пропионовокислыми бактериями, следует проводить в течение 1,5 часов.
Однако, для повышения лечебно-профилактических свойств продукта целесообразнее использовать температурный режим (20±2)С, так как при этом происходит развитие пропионовокислых бактерий без значительного изменения кислотности продукта и органолептических показателей.
Исследования доступного лизина
Понижение биологической ценности белковых компонентов зачастую связанно с методами технологической обработки, в результате которых белки меняют свою структуру или взаимодействуют с другими компонентами пищи.
Лизин - одна из основных незаменимых аминокислот, наиболее подвержена подобным воздействиям, что связано с повышенной реактивностью свободных Є - аминогрупп лизина в молекуле белка [4,77].
Известно, что в белках продуктов после тепловой обработки часть 6 аминогрупп лизина находится в связанном состоянии и является малодоступной для ферментов пищеварительного тракта. В связи с этим биологическую ценность имеет лизин, не подвергшийся изменениям, так называемый доступный лизин [78].
Было изучено изменение доступного лизина на разных этапах технологического процесса производства творога, обогащенного пропионовокислыми бактериями.
Результаты проведенных исследований представлены на рис. 5.4.1. Данные рис. 5.4.1. показывают, что при тепловой обработке снижается количество доступного лизина с 6,59 до 6,04 мг/100 г белка, это очевидно связано с влиянием температурного фактора на течение реакции Майяра, ведущее к сокращению количества свободных Є— аминогрупп лизина. Выяснено, что снижение количества свободных - аминогрупп является результатом взаимодействия с карбонильными группами восстанавливающих Сахаров, а также липидов в результате перекисных реакций [36,78].
Однако, в ходе ферментации содержание доступного лизина не только достигло начального уровня, но и превысило его, составив 7,07 мг/100 г белка.
На биологическую ценность белкового продукта в данной ситуации оказывает протеолитическая активность пропионовокислых бактерий, протеазы которых гидролизуют денатурированные белки. В результате ферментативного распада белков образуются свободные радикалы белковых молекул и свободные аминокислоты (увеличение доступного лизина после ферментации).
Известно о стимулирующем влиянии лизина на всасывание кальция. Поэтому увеличение доступного лизина в процессе ферментации повышает усвояемость кальция. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что ферментация белкового сгустка культурами пропионовокислых бактерий повышает биологическую ценность готового продукта.
Изучение конкурентоспособности творога, реализуемого на рынке г. Читы
Основной проблемой национальной безопасности нашей страны является уровень конкурентоспособности производимой продукции. По результатам международных исследований наиболее развитых стран (Международный институт управления в Лозанне и Гарвардский университет), проведенных в 1998 году, Россия находилась по этому показателю на 52-м месте в мире. Однако каких-либо кардинальных решений по повышению конкурентоспособности до сих пор не принято [17].
Одним из наиболее точных индикаторов конкурентоспособности можно назвать объемы продаж товара. Благодаря этому показателю можно достаточно точно определить предпочтения того или иного потребителя. Использование данных об объемах продаж особенно оправдано для определения конкурентоспособности товаров повседневного или частого спроса, к которым относятся продукты питания и, в частности, творог, которые характеризуются определенной степенью устойчивости в предпочтении.
Метод, основанный на определении конкурентоспособности путем анализа объемов продаж, можно назвать синтетическим. Он сочетает несколько методов.
На первом этапе определяется рейтинг объектов по объемам продаж. Потом устанавливаются «аутсайдеры», которые нуждаются в замене. Определяется перечень товаров на замену. Затем экспертами методом парных сравнений оценивается конкурентоспособность этих товаров. И, исходя из степени предпочтения, экспертами того или иного товара определяется доля продаж конкретного наименования [70].
Определим рейтинг творога, реализуемого на рынке г. Читы. Для этого определяется структура продаж (табл.6.1).
Из данных таблицы видно, что бесспорным лидером по объемам продаж является творог полужирный производства Нерчинского молочного комбината.
В замене нуждается масса творожная производства Читинского молочного комбината. Незначительный объем продаж имеют творог «Данон утренний» и «Творожок» с ягодами производства Новосибирского молочного комбината.
Таким образом, три вида творога, которые являются «аутсайдерами», нуждаются в замене или в снижении объемов закупок для розничных продаж. На замену этим видам нами предлагается творог, ферментированный пропионово-кислыми бактериями.
Для определения доли продаж нового вида творога методом парных сравнений устанавливаем конкурентоспособность конкретных видов творога, сравнивая «новинку» и «аутсайдеров». В оценке конкурентоспособности учитывались энергетическая, физиологическая, биологическая, органолептическая ценности продукта и цена. Результаты оценки конкурентоспособности представлены в таблице 6.2.
Творог с применением пропионовокислых бактерий имеет приятный вкус, нежную консистенцию, приемлемую цену за 1 пачку 14 руб. В связи с этим, по мнению экспертов, он обладает высокой конкурентоспособностью, и делит первое место по данному показателю с творогом «Данон утренний».
Таким образом, предлагаем:
- включить в ассортимент творог, содержащий пропионово-кислые бактерии;
- оставить в ассортименте творог «Данон утренний»;
- сократить объемы продаж массы творожной производства Читинского молочного комбината;
- исключить из ассортимента «Творожок» с ягодами производства Новосибирского молочного комбината.
Далее необходимо определить объемы продаж видов творога, выбранных экспертами. Исследователи Печенкин А. и Фомин В. в своей работе [70] предлагают вносить изменения в соотношения объемов продаж всех товаров. Они объясняют это тем, что появление нового товара приведет к перераспределению спроса и на другие товары.
Нами же предлагается на первом этапе сохранить за лидерами объемы продаж, и провести замену «аутсайдеров» на «новинки» в объеме, который занимают «аутсайдеры». Это необходимо, по нашему мнению, для выяснения конкурентоспособности «новинок» с точки зрения потребителей. И, уже в случае успеха последних, перераспределить доли продаж других товаров.
Для определения конечной структуры ассортимента используется формула 22[ 171:
Таким образом, объем продаж творога, обогащенного пропионово-кислыми бактериями, составляет 6,535% от общего объема продаж.
Нами определен прогноз структуры ассортимента на первом этапе. Как уже говорилось выше, в случае успеха «Новинки» на рынке, можно пересмотреть структуру в целом. В обратном случае - осуществить замену «новинки» на другие виды творога, либо пропорционально спросу снизить объем производства.
Достоинство данного метода оценки конкурентоспособности в том, что он позволяет учесть истинные предпочтения потребителей, что особенно важно, так как при определении конкурентоспособности главным экспертом является потребитель.
